Звонкие камни , также известные как звонкие камни или литофонические камни, — это камни, которые резонируют как колокол при ударе. Примерами служат музыкальные камни Скиддо в английском Озёрном крае ; камни в парке Рингинг-Рокс в Аппер-Блэк-Эдди , округ Бакс, Пенсильвания ; Рингинг-Рокс в Киандре, Новый Южный Уэльс ; и хребет Белл-Рок в Западной Австралии . Ринговые камни используются в идиофонических музыкальных инструментах, называемых литофонами .
Несколько ранних ученых заинтересовались звенящими камнями; однако никто из них не смог сформулировать достоверную теорию о звенящей способности камней или образовании полей валунов.
Эдгар Т. Уэрри (1885–1982), минералог и ботаник , заинтересовался звенящими породами во время преподавания в Университете Лихай . Уэрри предположил, что звон был вызван текстурой диабазовых пород и что они поддерживались другими породами. Он определил поля валунов как тип фельзенмера . [1]
На 13-м ежегодном собрании Исторического общества Бакса в июне 1900 года Чарльз Лаубах, известный местный геолог и натуралист , описал геологию диабазовых « траповых» пластов со ссылкой на такие места, как Бриджтон, Стоуни Гарден и другие. [2]
Бенджамин Франклин Факенталь (1851–1941), местный промышленник и попечитель колледжа Франклина и Маршалла , заинтересовался звенящими камнями. Хотя Факенталь не был профессиональным геологом, он провел обширные наблюдения на всех полях валунов. [3]
В 1965 году геолог Ричард Фаас из колледжа Лафайет взял несколько камней обратно в свою лабораторию для тестирования. Он обнаружил, что при ударе по камням они создают серию тонов на частотах ниже, чем может слышать человеческое ухо . Слышимый звук возникает только потому, что эти тоны взаимодействуют друг с другом. Хотя эксперименты Фааса объяснили природу тонов, они не выявили конкретный физический механизм в породе, который их создавал. [4]
Хотя в Пенсильвании и Нью-Джерси было обнаружено более дюжины полей валунов из диабазовых звенящих камней , [5] [ необходима полная ссылка ] большинство из них либо находятся в частной собственности, либо были уничтожены городской застройкой . К северу от Филадельфии есть три участка, которые легко доступны для публики: парк округа Рингинг-Рокс, Стоуни-Гарден и парк Рингинг-Хилл.
Ringing Rocks County Park — парк округа Бакс в Аппер-Блэк-Эдди . [6] Первоначально земля была приобретена семьей Пенн у ленапе ( народ Делавэра ) через печально известную Walking Purchase 1737 года . Неясно, кто выдал первоначальный ордер на землю на территорию, которая сейчас занимает Ringing Rocks County Park. На карте собственности округа Бакс 1850 года владельцем, по-видимому, является Тунис Липпинкотт; однако под этим именем нет списка получателей гарантии. Самое раннее опубликованное описание поля валунов в Бриджтауне можно найти в Davis 1876. [7] Поле валунов площадью семь акров было куплено в 1895 году Абелем Б. Харингом, президентом Union National Bank в Френчтауне, штат Нью-Джерси . По-видимому, Харинг хотел защитить рингинг-рокс от застройки и даже отклонил предложение производителя бельгийских блоков о праве на добычу камней. [8] [9] 22 августа 1918 года земля, на которой находится поле Бриджтон Боулдер, была передана Харингом в дар Историческому обществу округа Бакс. Грант включал 7 акров 8,08 перчей земли. Право прохода было предоставлено Джоном О. МакЭнти для доступа к парку. [3] Позже земля была передана округу Бакс и использовалась как окружной парк. Дополнительные приобретения земли увеличили размер парка до 129 акров.
.jpg/1280px-Ringing_Rocks,_Pottstown,_Pa_(64366).jpg)
Парк Рингинг-Хилл расположен в трех милях к северо-востоку от Поттстауна, штат Пенсильвания, в округе Монтгомери . Поле валунов было впервые обнаружено в 1742 году, когда была проложена дорога между Поттстауном и Нью-Гозенхоппеном ( Пеннсбург ). В 1894 году была зарегистрирована компания Ringing Rocks Electric Railway Company, чтобы приобрести удаленный Рингинг-Хилл для парка развлечений и предоставления услуг трамвая (1894–1932). На момент создания парк находился примерно в 2 милях (3,2 км) от города. Парк был куплен в 1932 году Уолтером Дж. Вольфом и использовался как парк развлечений и каток. 1 сентября 1957 года парк был продан пожарной компании Рингинг-Хилл. [10]
Stony Garden, крупнейший из трех общественных полей валунов с звоном камней, расположен на северо-западном склоне горы Хейкок в округе Бакс, штат Пенсильвания, недалеко от Баксвилла. Сад на самом деле представляет собой ряд разрозненных полей валунов, которые простираются почти на полмили и образовались там, где оливин -диабазовый блок выходит на поверхность вдоль подножия горы. Участок не застроен и доступен по пешеходной тропе , которая ведет от парковки PA Game Lands на Stony Garden Road. Он был куплен Содружеством Пенсильвании около 1920 года как часть PA Game Lands Tract #157, который охватывает гору Хейкок. [11]
Поля звенящих валунов были популярными местами для собраний местного исторического общества Баквампуна. Два ежегодных собрания проводились на территории Бриджтона (в 1893 и 1898 годах) и одно в Стоуни Гарден (в 1890 году). [9] Историческое общество округа Бакс также провело собрание на территории Бриджтона в 1919 году, через год после приобретения собственности. [3]
На третьем ежегодном собрании BHS в июне 1890 года местный врач Джон Дж. Отт из Плезант-Вэлли дал музыкальное представление, используя валуны, взятые из валунного поля Стоуни-Гарден. Предложение о конструкции литофона было сделано историком Уильямом Дж. Баком. Камни весили приблизительно 200 фунтов (91 кг) каждый, и, по-видимому, Отт мог изменять их звучание, слегка откалывая валуны. Он сыграл несколько произведений, используя стальной молоток и аккомпанируя духовому оркестру. «Чистые, похожие на колокольчики тоны камней можно было услышать поверх нот рожков». [3] [8] [9] Мелодии включали «Home Sweet Home» и его собственную композицию под названием «Sounds from the Ringing Rocks» — возможно, взятую из фортепианной партитуры 1873 года с тем же названием. [12]
Эти валунные поля в юго-восточной Пенсильвании и центральной части Нью-Джерси образовались из группы диабазовых силлов в бассейне Ньюарк . Силлы образовались, когда растяжение земной коры позволило основной магме подняться из верхней мантии и внедриться в осадочный бассейн 200 миллионов лет назад (ранний юрский период ). Фенокристаллы двух минералов, которые кристаллизовались в верхней мантии, оливина и пироксена , быстро оседали из магмы и собирались вдоль основания силлов. После полного затвердевания этот богатый кристаллами слой образовал отдельную единицу породы толщиной 10–15 футов (3,0–4,6 м). [13] К эпохе плейстоцена силлы были выставлены на поверхность в результате поднятия земной коры и эрозии . Во время плейстоцена выходы оливинового диабаза не были погребены ледниковыми покровами ; Однако они подверглись сильному замерзанию или перигляциальным условиям. Перигляциальная среда привела к тому, что обнажения были разбиты на обширные валунные поля.
Базальный оливиновый блок похож на тот, что обнаружен в Палисейдс Силле в Нью-Джерси и Нью-Йорке. Оливиновый диабазовый блок значительно тверже, плотнее и более устойчив к выветриванию, чем верхние части диабазового силла.
Большинство наблюдателей не делали различий между верхним "нормальным" диабазом, который встречается на обширных территориях, и тонким оливиновым диабазовым блоком, который находится у основания силлов, который фактически создает звенящие поля валунов. Главным фактором путаницы является внешний вид пород. Как нормальные, так и оливиновые диабазы имеют цвет от темно-серого до черного. Для выявления различий часто требуется микроскопическое исследование.
Хотя силлы диабазов серии Ньюарк выходят на поверхность поясом по всей длине Аппалачских гор , только узкая полоса выходов на поверхность на юго-востоке Пенсильвании и Нью-Джерси образует кольцевые поля валунов. Вероятная причина в том, что эти области находились на южном краю плейстоценовых ледников и, должно быть, подвергались экстремальным перигляциальным условиям. Перигляциальные поля валунов являются обычной особенностью в Пенсильвании и Нью-Джерси.
Все наблюдаемые поля валунов звенящих скал на юго-востоке Пенсильвании и в Нью-Джерси являются формой фельзенмера ( фельзенмер — немецкий термин, означающий «море камней»). Эти бесплодные поля блоков встречаются в перигляциальных условиях, где выходы устойчивых пород обнажаются с уклоном менее 25°. Расклинивание морозом разрушает верхнюю часть скальной формации, а небольшой наклон поля позволяет тонкозернистым материалам выветривания смываться до того, как успеет развиться почва . Часто валуны поднимаются и вращаются из-за накопления снега и льда , оставляя между ними значительное количество свободного пространства. Валунные поля фельзенмера образуются на месте из-за низких углов склона. В ситуациях, когда углы склона круче 25°, гравитация имеет тенденцию перемещать валуны вниз по склону, образуя склоны осыпей или осыпей. На полях, где угол слишком пологий, пространства между валунами заполняются почвой, и валуны разрушаются из-за выветривания.
Поскольку оливин-диабазовый пласт относительно тонкий, для формирования полей валунов звенящей породы существовало дополнительное требование: оливин-диабазовый пласт должен был падать в том же направлении, что и наклон поверхности земли. Эта специфическая ситуация наклона позволила обнажить широкие пространства оливин-диабаза и обеспечила достаточно материала для создания полей. Во всех наблюдаемых полях валунов структурный наклон пласта составлял приблизительно 8-10°, а наклон поверхности земли был <15° в том же направлении. Обычно это происходило там, где оливин-диабазовый пласт падал под прямым углом в неглубокий дренаж. Там, где оливин-диабаз не падает в том же направлении, что и поверхность земли, обычно встречаются многочисленные валуны, врытые в почву (валунный коллювий), но нет валунных полей.
Было много споров относительно звонкости валунов; напротив, было почти полное отсутствие испытаний, подтверждающих эти предположения. Такие условия, как размер и форма валунов и способ, которым валуны поддерживаются или укладываются, безусловно, влияют на звуки, которые издают валуны, но сами по себе не придают звонкости.
Хотя звук часто описывают как металлический, скорее всего, он обусловлен сочетанием плотности породы и высокой степени внутреннего напряжения. Звук можно воспроизвести в небольшом масштабе, постукивая по ручке керамической кофейной чашки.
Содержание железа в диабазе часто определяется как источник звонкости. Фактический химический анализ диабаза Коффман-Хилл [13] показывает, что содержание железа (в виде оксида железа ) в породе колеблется от 9% до 12%. Хотя это сравнительно высокое значение для средней магматической породы (3% типично для гранита ), для базальта оно находится в пределах нормы . Этот момент предполагает, что содержание железа не является основным фактором звонкости.
До сих пор был опубликован только один научный эксперимент об источнике звенящей способности. В 1960-х годах профессор Ратгерского университета провел неформальный эксперимент, в котором образцы «живых» и «мертвых» звенящих каменных валунов с территории парка округа Бакс были распилены на тонкие пластины, а затем измерены на предмет изменений в форме. [14] Камни были измерены с помощью тонких фольговых тензодатчиков, которые могли измерять мельчайшие изменения в размерах. По словам профессора, мертвые камни не показали никаких изменений после того, как камни были распилены; однако живые камни показали характерное расширение или «расслабление» в течение 24 часов после резки. Это расслабление указывает на то, что камень находился под внутренними упругими напряжениями, которые были сняты механической распиловкой камня. Профессор продолжил наблюдение, сделав вывод, что живые камни обычно находились ближе к середине полей валунов, где они не соприкасались с почвой и тенью окружающих деревьев. Затем он предположил, что медленная скорость выветривания в сухом «микроклимате» полей вызывала напряжения, поскольку внешняя оболочка валунов расширялась из-за преобразования пироксена в монтмориллонит ( глиняный минерал). Валуны по периферии полей выветриваются слишком быстро и распадаются до того, как успевают развиться напряжения.
Хотя для проверки этих результатов необходимо провести более строгие испытания, они настоятельно предполагают, что способность звенеть является прямым результатом внутренних напряжений. Менее вероятно утверждение, что внешние условия выветривания создали напряжения. Очень маловероятно, что расширение тонкой оболочки вокруг внешней стороны большого валуна могло бы создать баланс сил, который создал бы серьезные напряжения, обнаруженные в звенящих каменных валунах. Результатом такой ситуации было бы то, что внешняя оболочка валунов отслоилась бы или отслоилась, состояние, которое практически не существует ни в одном из мест звенящих камней. Кроме того, большая часть выветривания в валунах происходит на открытых верхних поверхностях, а не на нижних; таким образом, напряжения не были бы сбалансированы. Более того, если бы медленное выветривание создавало напряжения, то в пустынях по всему миру были бы поля звенящих каменных валунов, состояние, которое не встречается.
Важным моментом, сделанным в ходе эксперимента, является наблюдение, что скальные слои расширялись при снятии напряжения. Это различие требует, чтобы скала находилась под экстремальным сжимающим напряжением, а не под напряжением, как предполагает теория медленного выветривания.
Более правдоподобная теория заключается в том, что упругие напряжения оставались в породе, когда формировались поля валунов, а медленная скорость выветривания не позволяет напряжениям рассеиваться. Возможным источником напряжений, вероятно, были бы нагрузочные напряжения со времени кристаллизации породы. Диабазовый порог образовался примерно на глубине 1,2–1,9 мили (2–3 км) под поверхностью. [15] Вышележащая колонна породы создает серьезные напряжения в породах. Эффект этих напряжений можно увидеть в глубоких шахтах глубиной более мили, где внезапная декомпрессия создает скальные взрывы . Остаточные нагрузочные напряжения будут равномерно распределены по валунам. Эта теория подтверждает наблюдение, что обычно менее трети валунов в любом данном поле являются «живыми». Напряжения снимаются в валунах, которые были либо механически разрушены, либо сильно выветрены и, следовательно, больше не звенят.
Эта теория «реликтового напряжения» подразумевает, что звенящие каменные валуны действуют во многом подобно гитарной струне . Когда гитарная струна вялая, она не резонирует , но щипковая струна будет издавать ряд звуков в зависимости от уровня приложенного натяжения. Аналогично, звенящий каменный валун будет издавать только глухой стук, если валун не напряжен; однако валуны будут резонировать на разных частотах в зависимости от уровня остаточного напряжения.
Валуны продолжают звенеть, когда их убирают с полей валунов. Власти придумали мифы, чтобы воспрепятствовать краже валунов с полей. Однако на данном этапе большинство полей очищены от небольших переносных «звонарей», а разбивание больших валунов на более мелкие части снимает внутренние напряжения, заставляя их перестать звенеть (т. е. отломив кусок от большого звенящего камня, мы получим только мертвый кусок камня). «Маленькие» звонари, найденные сегодня, весят более тонны, и их пришлось бы вытаскивать с полей валунов с помощью тяжелого оборудования.
Часто текстуры выветривания в валунах принимают форму каналов, канавок, «выбоин», «грязевых трещин» и интенсивной ямчатости. В некоторых случаях текстуры настолько отличительны, что некоторые геологи называют их особенностями раствора карбонатной породы . [15] Осмотр валунов показывает, что узоры выветривания не вызваны какими-либо внутренними изменениями в породе, а были наложены на поверхности. Вероятным источником этих текстур было химическое выветривание вдоль поверхностей стыков, когда порода все еще была на месте и до того, как валуны были выломаны морозным пучением . [16] Мягкая выветренная часть внешних поверхностей отслаивалась, как только валуны оказывались на воздухе. Небольшие особенности на поверхности валунов становились преувеличенными по мере удаления выветренного материала, так что прилегающие трещины становились каналами, вмятины становились «выбоинами», а старые поверхности становились сильно изрытыми.
Плутон Рингинг-Рокс расположен в горах юго-западной Монтаны между Бьютт и Уайтхоллом и примечателен большим тором из звенящих валунов. Плутон является глубоко залегающим жерлом вулкана, извергавшегося 76 миллионов лет назад. Плутон является примером смешивания магмы в канале, в частности, между оливиновым базальтом и гранитными магмами. Смешение магм создало гибридный тип породы, который кристаллизовался против внешней стенки канала. После миллионов лет подъема и эрозии тонкие стенки гибридной породы были выставлены на поверхность. В эпоху плейстоцена перигляциальное замерзание разрушило высокие стены, образовав значительный тор.
Ringing Rocks Pluton расположен на юго-западном склоне горы Драй-Маунтин в округе Джефферсон , в 15 милях к юго-востоку от Бьютт в T.2 N., R.5 W., секциях 4 и 9. Секция 4 включена в национальный лес Дирлодж, а секция 9 находится под юрисдикцией Бюро по управлению земельными ресурсами США. Отличительная вершина отмечена на четырехугольнике Геологической службы США Драй-Маунтин 7½'. Северо-западная четверть секции 9, которая включает вершину, была учреждена USBLM как зона отдыха Ringing Rocks в 1964 году. Доступ осуществляется по гравийной дороге, ведущей в 3 милях к северу от съезда Pipestone с I-90.
Ringing Rocks Pluton — это небольшой интрузивный кольцевой комплекс с высокой степенью симметрии . Общая геометрия цилиндрическая, со средним диаметром один километр. Плутон состоит из двух основных единиц: внутреннего ядра из кварцсодержащих фельзитовых единиц диаметром 600 метров и внешней мафической единицы, состоящей из коаксиальных концентрических слоев. На карте комплекс имеет конфигурацию «бычий глаз». Внешняя зона плутона состоит из двух чередующихся мафических гибридных типов пород. По химическому анализу породы почти идентичны; однако минералы ранней стадии, оливин и пироксен, сохранились в одной, а не в другой, что придает породам резко различающиеся свойства выветривания. Порода, сохранившая кристаллы оливина и пироксена (OPM), чрезвычайно устойчива к выветриванию и является материалом, который образует торы. Измененная порода (AM), наоборот, очень слаба и легко разрушается до грубой почвы. Внутреннее фельзитовое ядро представляет собой среднезернистый кварцевый монцонит , который постепенно переходит в гранит в центре. Переходная единица между мафической зоной и фельзитовыми единицами ядра полностью скрыта и представлена характерными низменными впадинами. Серия радиальных даек пронзила мафические единицы, начиная с фельзитовой зоны и заканчивая на внешней границе интрузии. Дайки обычно имеют ширину 2–4 метра там, где они соприкасаются с фельзитовым подразделением. Состав сильно варьируется, но по большей части состоит из мелко- и среднезернистого лейкократового монцонита. Дайки становятся уже по мере продвижения к внешней границе и, как правило, сужаются до ширины менее 0,5 м.
В гибридном блоке OPM присутствуют многочисленные текстуры, указывающие на то, что порода быстро охлаждалась во время кристаллизации.
Кристаллы криптопертетического ортоклаза длиной до 1 см можно увидеть в образцах, взятых вручную, в большинстве единиц OPM. Кристаллы криптопертита обычно проявляются в виде глубоких синих вспышек, хотя в породах, расположенных ближе к контактам, можно увидеть белые и желтые вспышки. Вспышки вызваны внутренними отражениями лабрадора , иногда называемыми эффектом лунного камня. В ранних отчетах [17] [18] этот минерал ошибочно идентифицировали как лабрадорит. Текстуры криптопертита образуются, когда ортоклаз (минерал полевого шпата, содержащий катионы калия и натрия) очень быстро охлаждается. Натрий имеет гораздо больший ионный радиус , чем калий , поэтому во время охлаждения ионы натрия вылетают из кристаллической решетки. Эти ионы натрия образуют крошечные ориентированные линзы альбита (полевой шпат силиката натрия), которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть даже с помощью микроскопа. Именно отражения от этих пластинок альбита создают вспышку.
Апатит встречается в виде удлиненных игл. Многие из игл содержат узкие жидкие включения, что придает кристаллам вид «полых».
Кристаллы циркона были обнаружены в скелетных каркасах.
Ringing Rocks Pluton — один из нескольких бимодальных комплексов жерл, расположенных в 20-километровом поясе к востоку от главного Butte Pluton. Радиометрическое датирование и поперечные связи относят большинство этих интрузий к пост-Элкхорн-Маунтинс и пре-Бьютт-Плутону. Похожие интрузии можно найти в Rader Creek Pluton.
Груда свободных валунов на южном конце плутона, которая содержит звенящие породы, называется тором. Причина, по которой образовался тором, заключается в том, что блоки OPM чрезвычайно устойчивы к выветриванию, а прилегающие блоки AM и ABM, наоборот, очень слабы. Когда дренаж Драй-Крик начал размывать северо-западный угол плутона, более мягкие блоки AM и ABM были быстро снесены, оставив вертикальные тонкие стенки блоков OPM, возвышающиеся над окружающим ландшафтом. Интенсивное замерзание и оттаивание в перигляциальный период плейстоцена медленно разрушало стенки, подобно тому, как разбивается закаленное стекло. Остатки стен OPM — это материал, который образовал тором. На северном конце плутона ориентация блоков OPM была под острым углом к дренажу Драй-Крик, так что тором там не очень хорошо развивался. Однако на южном конце выход OPM был почти под прямым углом к дренажу, создавая выступающий тором.
Хотя породы происходят из разных геологических условий, звенящие породы Монтаны имеют существенные общие характеристики с звенящими диабазовыми породами Пенсильвании. Эти характеристики включают в себя то, что они состоят из магматических основных типов пород с высоким содержанием вкрапленников оливина и пироксена, то, что отдельные валуны изолированы от сильного выветривания за счет образования хорошо дренированных полей валунов, и то, что они имеют схожие звуки и поверхностное выветривание.
Содержание железа в оливин-пироксеновом монцоните (в виде оксида железа ) составляет 7% от всей породы. [17] [18] Как и в диабазовых кольцевых породах Пенсильвании, этот момент предполагает, что содержание железа не является основным фактором кольцевой способности.
Несмотря на широкий общественный интерес к способности звенящих камней издавать звуки, реальных научных исследований, направленных на выявление источника этого явления, не проводилось.
Валуны оливинового пироксенового монцонита развивают странные поверхностные узоры выветривания, похожие на текстуры, наблюдаемые в диабазовых кольцевых породах Пенсильвании. Эти текстуры включают каналы, канавки и «рытвины».
Хребет Белл-Рок — крупная ультрамафическая интрузия габбро - перидотита в блоке Масгрейв в Западной Австралии , недалеко от Уорбертона , в 40 километрах (25 милях) к югу от поселения Вингеллина в землях Нгаанятьярра . [19] Он состоит из массивных, сильно затвердевших интрузивных пород и образует выдающуюся 15-километровую (9,3 мили) гряду гор и холмов. Хребет Белл-Рок также является местом разведочного золотого рудника . [19]
